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不損失SNR前提下 高壓信號轉換成低壓ADC輸入

作者: 時(shí)間:2013-09-28 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

模/數轉換器(ADC)電路設計中,特別是當系統設計人員需要處理各種擺幅的電壓信號時(shí),很容易產(chǎn)生的一個(gè)誤區是縮小輸入信號范圍,以適應ADC的滿(mǎn)量程范圍,這將大大降低信噪比()。綜合來(lái)看,相對于高壓ADC,低壓(5V或者更低)ADC的選擇范圍更寬。高電源電壓通常會(huì )導致大的功耗,電路板設計也更加復雜,例如,需要使用更多的去耦電容。這篇應用筆記討論了由于信號縮小所引起的損失,如何量化這些損失,以及如何減小這些損失。

  很多傳感器或系統輸出為高壓或雙極性消耗,比如,常見(jiàn)的±10V。當然,可以通過(guò)一些簡(jiǎn)單的方法將這些信號送入ADC,進(jìn)而利用高壓ADC處理這些寬范圍輸入信號,不會(huì )造成損失。這些方案通常需要額外的高壓電源,以滿(mǎn)足輸入量程及較大功率的需求(圖1所示)。這些高壓ADC同時(shí)也限制了信號調理(運放)方案的使用。如果信號需要復用高壓和低壓輸入,實(shí)際電路的成本將更高(圖2)。

不損失SNR前提下 高壓信號轉換成低壓ADC輸入

  圖1. MX574A高壓ADC能夠支持較大的輸入信號量程,但也消耗較高功率。
為了實(shí)現這個(gè)方案,必須采用±15V雙電源和+5V單電源供電。

 不損失SNR前提下 高壓信號轉換成低壓ADC輸入

  圖2. 多路復用、雙極性高壓輸入ADC系統。

  也可以使用一個(gè)輸入運放,將信號縮小到低壓ADC的滿(mǎn)量程范圍。該信號調理電路可以連接到一個(gè)單獨的模擬開(kāi)關(guān)輸入口(如圖3),將所有信號都限制在范圍以?xún)取?/P>

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  圖3. 采用單片MAX11100低壓ADC和復用器處理高壓輸入。

  采用運放縮小信號電壓范圍時(shí),可以將運放噪聲等效為運放的輸入噪聲。這里主要有兩個(gè)噪聲源:運放參考輸入噪聲和壓縮信號產(chǎn)生的參考噪聲。這兩個(gè)噪聲源組合成一個(gè)二次方程。此外,放大器噪聲經(jīng)過(guò)帶寬以及運放和ADC輸入之間的抗混疊濾波器濾波,如圖4所示。

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  圖4. 比例運放引入噪聲,但該噪聲經(jīng)過(guò)RC濾波和ADC輸入網(wǎng)絡(luò )濾波。

  系統SNR (運放輸入前端)公式為:

  式1.

  其中:

  不損失SNR前提下 高壓信號轉換成低壓ADC輸入nADC = ADC的輸入RMS噪聲


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